第一次，研究人員完成了對電鰻（electric eel）的基因組測序。研究發(fā)現(xiàn)揭示出了帶有發(fā)電器官的魚類如何在生命史中進化6次，實現(xiàn)體外發(fā)電的驚人秘密。

發(fā)表在最新一期《科學(xué)》（Science）雜志上的這項研究，闡明了被利用來進化出這些復(fù)雜的新奇器官的遺傳藍圖。密歇根州立大學(xué)、威斯康辛麥迪遜大學(xué)、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和Systemix學(xué)院共同領(lǐng)導(dǎo)了這一研究。

研究的共同主要作者、密歇根州立大學(xué)動物學(xué)家Jason Gallant說：“這些在6個魚類種群中完全獨立進化的像發(fā)電器一樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，似乎共享了相同的遺傳工具箱，這真是令人感到興奮。利用基因組學(xué)，生物學(xué)家們開始了解到進化創(chuàng)造了來自同一原材料的相似結(jié)構(gòu)，即便是生物體之間并沒有密切的親緣關(guān)系。”

在世界范圍內(nèi)的6大譜系中有成百上千的電魚物種。它們的多樣性如此之大，以致達爾文都將電魚引為趨同進化的關(guān)鍵例子。趨同進化即是指進化上相距甚遠的動物，獨立進化出相似的性狀適應(yīng)一種特殊的環(huán)境或生態(tài)微環(huán)境的現(xiàn)象。

所有的肌肉和神經(jīng)細胞都有電位。簡單的肌肉收縮就可釋放很小的電壓。在1億到2億年前，一些魚的肌肉細胞進化為發(fā)電細胞，這些發(fā)電細胞按順序排列，能夠生成比肌肉細胞更高的電壓，開始放大電位。

論文的共同作者、威斯康辛麥迪遜大學(xué)研究生Lindsay Traeger說：“進化消除了肌肉細胞的收縮能力，改變了細胞膜上一些蛋白質(zhì)的分布；現(xiàn)在發(fā)電細胞所做的就是推動離子跨越細胞膜生成大正電荷電流。”

“就像手電筒中串聯(lián)疊置的電池一樣，發(fā)電細胞的‘串聯(lián)排列’和每個細胞獨特的極性使得電壓得以累積，”威斯康辛麥迪遜大學(xué)生物化學(xué)家Michael Sussman說。

電鰻的體內(nèi)包含數(shù)百萬這樣的“電池”，它們協(xié)同運作，同時放電。

新研究提供了世界上第一個電魚基因組組裝序列。它還確定了這些動物利用來生成發(fā)電器官的一些遺傳因子和發(fā)育信號通路，就電鰻而言，它的發(fā)電器官能夠傳送比來自標準家用電源插座的電流強數(shù)倍的電擊。其他一些電魚還利用電流來防衛(wèi)、捕食、導(dǎo)航及通訊。

未來密歇根州立大學(xué)的研究將把焦點放在探究這些基因在發(fā)電器官發(fā)育中的作用上。